Tema 8: Cartografía genética

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1 Tema 8: Cartografía genética
Mapas genéticos b pr c 19,5 5,9 23,7 25,4 Tema 8: Cartografía genética

2 Cartografía (mapas) genéticos
Objetivos tema 8: Cartografía (mapas) genéticos Deberán quedar bien claros los siguientes puntos En qué se fundamenta un mapa genético Cómo calcular las frecuencias de recombinación en loci ligados Construcción de mapas genéticos a partir de cruzamientos pruebas de 2 y 3 factores (puntos) Interferencia y coeficiente de coincidencia Análisis de tétradas en hongos ascomicetos Cartografía genética en humanos Tema 8: Cartografía genética

3 Dos mapas mejor que uno. Mapa del metro y de calles de Londres
Tema 8: Cartografía genética

4 Mapas genéticos y físicos
Tema 8: Cartografía genética

5 Tema 8: Cartografía genética
La cartografía genética asigna el lugar cromosómico de un gen (o locus) y su relación de distancia con otros genes (o loci) en un cromosoma dado A. Sturtevant (1913). La distribución y el orden lineal de los genes se pueden establecer experimentalmente mediante el análisis genético Tema 8: Cartografía genética

6 AB Ab aB ab AB Ab aB ab A B -- --- a b AB ----- ab
Gametos resultantes de doble heterocigoto de genes no ligados 50% parentales y 50% recombinantes AB Ab aB ab 25 % 25 % A B a b Gametos resultantes de doble heterocigoto de genes ligados AB Ab aB ab x % y % x % AB ----- ab La fracción de gametos recombinantes es impredecible a priori X e Y dependen de los genes considerados Tema 8: Cartografía genética

7 Tema 8: Cartografía genética
Supuesto: las frecuencias de entrecruzamiento, y por tanto la frecuencia de recombinación, depende de la distancia entre genes C A B Unidad de distancia: La unidad de mapa (u.m.) o el centimorgan (cM) --> La distancia entre genes (loci) en los que la frecuencia de recombinación es del 1% Tema 8: Cartografía genética

8 Tema 8: Cartografía genética
B C Meiosis 1 2 3 4 Tema 8: Cartografía genética

9 Mayor distancia entre loci --> Mayor número de entrecruzamientos
Más Entrecruzamientos ---> Más Recombinación A mayor frecuencia de recombinación mayor la distancia entre loci El número de entrecruzamientos por meiosis y por cromosoma se puede representar por una distribución aleatoria de Poisson, con media  Tema 8: Cartografía genética

10 Tema 8: Cartografía genética
Mapa a partir de cruzamientos prueba de dos puntos (dos loci en el mismo cromosomas) Se determina la distancia 2 a 2 entre loci y éstas se suman para estimar la distancia genética total de un cromosoma A B Tema 8: Cartografía genética

11 Tema 8: Cartografía genética
Ejemplo: Cruzamiento de T. Morgan pr = Ojos Púrpura vg = Alas vestigiales Ambos alelos son recesivos respecto al salvaje P pr+ pr+ vg+ vg+ X pr pr vg vg F pr+ pr vg+ vg X pr pr vg vg Fenotipos F 2 pr+ vg pr vg pr+ vg pr vg 2839 Tema 8: Cartografía genética

12 Tema 8: Cartografía genética
Metodología Normalmente heterocigoto X homocigoto recesivo (cruzamiento prueba) -> AB/ab X ab/ab No se observa en la F2 la proporción fenotípica 1:1:1:1, y la proporción no es predecible a priori porque depende de la distancia entre los genes estudiados Las dos clases mayoritarias corresponden a los gametos no recombinantes (parentales), y las minoritarias a los recombinantes (no parentales) La frecuencia de recombinación (recombinantes/total X 100) refleja la distancia genética entre los dos genes. Una unidad de mapa o centimorgan (1cM) = 1% de recombinantes Se pueden ordenar tres genes o más genes cuyas distancias se han medido dos a dos Tema 8: Cartografía genética

13 Proporción no igual a 1:1:1:1. Un test de 2 = 1037,18 es
Fenotipos F 2 pr+ vg pr vg pr+ vg pr vg ____ 2839 parentales 305 recombinantes Proporción no igual a 1:1:1:1. Un test de 2 = 1037,18 es muy significativo, p < FR (frecuencia de rec) = 305/2839 = 0,107 = 10,7 cM pr vg 10,7 cM Tema 8: Cartografía genética

14 ¿Cuál es la distancia entre ambos genes?
The first genetic linkage map (A.H. Sturtevant 1913 Journal experimental Zoology) ¿Cuál es la distancia entre ambos genes? Tema 8: Cartografía genética

15 Tema 8: Cartografía genética
Orden de los genes Se han estudiado tres pares de genes en experimentos de dos puntos y éstas son las distancias entre ellos (los genes se comparten entre experimentos): distancia A-B = 12; distancia B-C = 7; y distancia A-C = 5 ¿Cuál es el orden de los genes? Las distancias deben ser aditivas y consistentes entre sí Supongamos las tres ordenaciones posibles Tema 8: Cartografía genética

16 Tema 8: Cartografía genética
Orden de los genes Ordenaciones posibles Caso 1: Marcador A está en el medio: Caso 2: Marcador B está en el medio: Caso 3: Marcador C está en el medio: B A A C 12 5 B C 7 A B B C 12 7 A C 5 A B 12 Aditividad A C 5 7 C Tema 8: Cartografía genética B

17 Las distancias de mapa no son completamente aditivas
B C FR = x FR = y A C FR < x + y La mejor estima distancia, suma (b-pr) + (pr-c) 25,4 b pr c 5,9 19,5 Tema 8: Cartografía genética 23,7 Distancia experimento dos puntos b-c

18 Tema 8: Cartografía genética
Relación entre frecuencia de recombinación y entrecruzamiento (o distancia real de mapa) Las distancias de mapa no son completamente aditivas porque los dobles recombinantes entre dos marcadores A y C no se detectan en un cruce de dos puntos, subestimándose la distancia A y C A B C A B C A b C A B C a b c a B c a b c a b c La relación entre la distancia real de mapa (número de entrecruzamientos) y la frecuencia de recombinación entre dos marcadores o loci no es lineal. Cuanto más lejos están los marcadores peor es la estima La frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede superar el 50% FR  0,5 Tema 8: Cartografía genética

19 Función de mapa FR observada (%) Zona de linealidad =1 =2 =3 =4
Es una función que permite estimar la distancia de mapa mejor que empleando solamente la frecuencia de recombinación, pues corrige los intercambios (entrecruzamientos) no detectados 50 FR observada (%) 40 30 20 10 Zona de linealidad =1 =2 =3 =4 Número medio de entrecruzamientos por meiosis 50 100 150 200 Tema 8: Cartografía genética Unidades de mapa reales

20 Demostración 1: Muchos entrecruzamientos entre a y b
¿Por qué la frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede superar el 50%? Demostración 1: Muchos entrecruzamientos entre a y b Es igual de probable cualquier combinación, ++, ab, a+, +b, es como si segregaran independientemente ambos loci. Luego, la FR máxima es 50% Tema 8: Cartografía genética

21 entrecruzamiento = 8/16 = 50%
¿Por qué la frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede superar el 50%? Demostración 2: caso completo para 1 ó 2 entrecruzamientos FR promedio de un doble entrecruzamiento = 8/16 = 50% Tema 8: Cartografía genética

22 Tema 8: Cartografía genética
Mapa a partir de cruzamientos prueba de tres puntos (tres loci en el mismo cromosomas) Metodología Triple heterocigoto X homocigoto recesivo (cruzamiento prueba) -> ABC/abc X abc/abc Si hay ligamiento, no se observa en la F2 la proporción fenotípica 1/8 para cada tipo de gameto Se agrupan las clases recíprocas (aquellas que tienen un fenotipo mutante en el par recíproco, como el par de fenotipos fenotipos ABC-abc ó Abc-aBC. Las clases recíprocas deben ser de frecuencia parecida Orden de los genes: Los fenotipos no recombinantes (parentales) son los más frecuentes Los fenotipos menos frecuentes resultan de un doble entrecruzamiento Al comparar los fenotipos no recombinantes con los doble entrecruzados, el gen del medio es el que está cambiado Distancias de mapa: a la distancia entre genes consecutivos debe sumarse las frecuencias de los dobles entrecruzamientos A B C Tema 8: Cartografía genética

23 Tema 8: Cartografía genética
Ejemplo: Tres mutantes marcadores pr = Ojos Púrpura; b = Cuerpo negro; c = curved, alas curvadas Los tres alelos son recesivos respecto al salvaje P pr+ pr+ b+ b+ c+ c+ X prpr bb cc F pr+ pr b+b c+ c X pr pr bb vg vg Si no están ligados Si están ligados completamente 1/8 prpr bb cc /2 prpr bb cc 1/8 prpr bb c+c /2 pr+pr b+b c+c 1/8 pr+pr bb cc 1/8 pr+pr bb c+c 1/8 prpr b+b cc 1/8 prpr b+b c+c 1/8 pr+pr b+b cc 1/8 pr+pr b+b c+c Triple heterocigoto X homocigoto recesivo (cruzamiento prueba) -> ABC/abc X abc/abc Si hay ligamiento, no se observa en la F2 la proporción fenotípica 1/8 para cada tipo de gameto F2 Tema 8: Cartografía genética

24 Resultados del cruzamiento prueba, F2
Se agrupan las clases recíprocas (aquellas que tienen un fenotipo mutante en el par recíproco, como el par de fenotipos fenotipos ABC-abc ó Abc-aBC. Las clases recíprocas deben ser de frecuencia parecida Fenotipo Genotipo Número Número de recombinantes entre b-pr pr-c b-c Salvaje pr+pr b+b c+c Black, purp, cur prpr bb cc Purp,curved prpr b+b cc Black pr+pr bb c+c Curved pr+pr b+b cc Black,purp prpr bb c+c Purp prpr b+b c+c Black,curved pr+pr bb cc Total Tema 8: Cartografía genética

25 Resultados del cruzamiento prueba, F2
Orden de los genes: Los fenotipos no recombinantes (parentales) son los más frecuentes Los fenotipos menos frecuentes resultan de un doble entrecruzamiento Al comparar los fenotipos no recombinantes con los doble entrecruzados (los que difieren sólo en un fenotipo), el gen del medio es el que está cambiado A B C a b c A b C a B c Tema 8: Cartografía genética

26 Resultados del cruzamiento prueba, F2
Orden de los genes: Los fenotipos no recombinantes (parentales) son los más frecuentes Los fenotipos menos frecuentes resultan de un doble entrecruzamiento Al comparar los fenotipos no recombinantes con los doble entrecruzados (los que difieren sólo en un fenotipo), el gen del medio es el que está cambiado Fenotipo Genotipo Número Número de recombinantes entre b-pr pr-c b-c Salvaje pr+pr b+b c+c Black, purp, cur prpr bb cc Purp,curved prpr b+b cc Black pr+pr bb c+c Curved pr+pr b+b cc Black,purp prpr bb c+c Purp prpr b+b c+c Black,curved pr+pr bb cc El gen pr está en el medio Tema 8: Cartografía genética

27 Resultados del cruzamiento prueba, F2
Orden de los genes: Los fenotipos no recombinantes (parentales) son los más frecuentes Los fenotipos menos frecuentes resultan de un doble entrecruzamiento Al comparar los fenotipos no recombinantes con los doble entrecruzados, el gen del medio es el que está cambiado Fenotipo Genotipo Número Número de recombinantes entre b-pr pr-c b-c Salvaje b+b pr+pr c+c Black, purp, cur bb prpr cc Purp,curved b+b prpr cc Black bb pr+pr c+c Curved b+b pr+pr cc Black,purp bb prpr c+c Purp b+b prpr c+c Black,curved bb pr+pr cc El gen pr está en el medio Tema 8: Cartografía genética

28 Resultados del cruzamiento prueba, F2
Distancias de mapa: a la distancia entre genes consecutivos debe sumarse las frecuencias de los dobles entrecruzamientos Fenotipo Genotipo Número Número de recombinantes entre b-pr pr-c b-c Salvaje b+b pr+pr c+c Black, purp, cur bb prpr cc Purp,curved b+b prpr cc Black bb pr+pr c+c Curved b+b pr+pr cc Black,purp bb prpr c+c Purp b+b prpr c+c Black,curved bb pr+pr cc Total Porcentaje ,9% 19,5% 23,7% Tema 8: Cartografía genética

29 Tetrada meiótica Gametos
Distancia b-pr = frec rec sencillos + frec rec dobles Entrecruzamiento entre b y pr b pr c b pr c b pr c 388 367 b pr c+ b pr c+ b pr c b pr c+ b pr c+ Doble entrecruzamiento en la región b-pr-c b pr c b pr c b pr c b pr c 60 72 b pr c+ b pr c+ b pr c+ b pr c+ 887 Distancia b-pr = 887/1500 = 0,059 = 5,9 % = 5,9 cM Tema 8: Cartografía genética

30 Mapa genético de los marcadores
La mejor estima distancia entre los extremos es la suma (b-pr) + (pr-c) 25,4 b pr c 5,9 19,5 23,7 Distancia b-c sin considerar los dobles recombinantes Tema 8: Cartografía genética

31 Tema 8: Cartografía genética
Coeficiente de coincidencia: mide si los entrecruzamientos son independientes entre sí Si los múltiples entrecruzamientos suceden independiemente los unos de los otros, la frecuencia de los dobles entrecruzamientos será al producto de la frecuencia de los intercambios sencillos Coeficiente coincidencia (CC) = (número de dobles entrecruzamientos observados)/(número de dobles entrecruzamientos esperados) Si CC < 1, dobles disminuidos Si CC > 1, dobles incrementados Interferencia: 1 - CC Tema 8: Cartografía genética

32 Mapa de ligamiento parcial de los 4 cromosomas
de Drosophila melanogaster Tema 8: Cartografía genética

33 Tema 8: Cartografía genética

34 Mapas genéticos (de recombinación) versus mapas físicos
Tema 8: Cartografía genética

35 Importancia mapas de recombinación
Describir Ias tasas de recombinación a lo largo del genoma Predecir la transmisión genética de un gameto Localización de genes que influyen el fenotipo (QTLs) Marco de referencia para cartografía física Marco de referencia para la cartografía de genes asociados a enfermedades Tema 8: Cartografía genética

36 Mapas genéticos versus mapas físicos
Frecuencia de recombinación por unidad de DNA Especies Tamaño haploide Unidades de mapa Tamaño de la unidad mapa Distancia media del genoma entrecruzamien- tos consecutivos Fago T x 105 pb pb x 104 pb E. coli x 106 pb pb x 105 pb Levadura x 107 pb pb x 105 pb Hongo x 107 pb pb x 106 pb Nemátodo x 107 pb pb x 107 pb Mosca de la fruta x 108 pb pb x 107 pb Ratón x 109 pb pb x 107 pb Humanos Varón x 109 pb pb x 107 pb Mujer x 109 pb pb x 107 pb Tema 8: Cartografía genética

37 Tema 8: Cartografía genética
Análisis de tétradas Los hongos ascomicetos retienen los cuatro productos haploides de cada meiosis en un saco denominado asca Tema 8: Cartografía genética

38 Hongos ascomicetos Estos organismos son únicos porque se puede analizar meiosis individuales, permitiendo estudiar aspectos básicos de la genética de la meiosis (un proceso central de la biología de los eucariotas) Cartografiar los centrómeros como si fuesen loci Investigar la posibilidad de interferencia de cromátida Examinar los mecanismos de entrecruzamiento Neurospora crassa Aspergillus nidulans Ustigalo hordei Coprinus lagopus Ascobolus immersus Saccharomyces cerevisiae Basidiomiceto Basidiomiceto Tétradas Octadas Tétradas Octadas Patrones distintos de ascosporas y ascas en Neurospora No ordenadas Lineales Tema 8: Cartografía genética

39 Crecimiento de las hifas en N. crassa
Fenotipos mutantes de Neurospora crassa Tema 8: Cartografía genética

40 Meiosis y mitosis postmeiótica en la tétrada lineal de Neurospora
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41 Distancia de un locus al centrómero en Neurospora
No recombinación entre el locus y el centrómero 4:4 Tema 8: Cartografía genética

42 2:2:2:2 Recombinación entre el locus y el centrómero
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43 Distancia de un locus al centrómero: estímese el porcentaje de tétradas que muestran patrones de segregación en la segunda división para ese locus y divídase por 2 Patrones MII = = 42 o sea 14% Puesto que sólo la mitad de los cromosomas que sufren entrecruzamiento son recombinantes, la distancia de mapa (medida como frecuencia de recombinación) será 14/2 = 7 unidades de mapa ó cM Tema 8: Cartografía genética

44 Cartografía en humanos
Mapas genéticos (de recombinación) Herencia ligada al cromosoma X Marcadores polimórficos asignados a colecciones de familias (CEPH). alozimas DNA (RFLPs, microsatélites, RAPDs,...) La caza de genes asociados a enfermedades Mapas físicos Métodos especiales de cultivo celular: hibridación de células somáticas Hibridación in situ de sondas de DNA en cromosomas metafásicos Secuenciación del DNA Tema 8: Cartografía genética

45 Cartografía genética en humanos
Tema 8: Cartografía genética

46 Cartografía a través de la herencia ligada al cromosoma X
Xg Proteína grupo sanguíneo Ictiosis (un efermedad de la piel) Albinismo ocular Angioqueratoma (crecto celular) Centrómero Fosfoglicerato-quinasa Alfa-galactosidasa Xm Deutan (ceguera color rojo-verde) G6PD Protano (ceguera color rojo-verde) Hemofilía A Tema 8: Cartografía genética Tema 5: Ligamiento y mapas genéticos 46

47 Cartografía genética en humanos
Estudios familias Herencia ligada al cromosoma X marcadores clásicos Autosómicos marcadores clásicos Cartografía marcador-enfermedad (estudios de asociación) La caza de genes asociados a enfermedades Cartografía marcador-marcador Estudios marcadores polimórficos asignados a colecciones de familias (CEPH). (SNPs, Microsatélites, RFLPs, RAPDs,...) Tema 8: Cartografía genética

48 Cartografía genética en humanos
Cartografía marcador-enfermedad La caza de genes asociados a enfermedades Cartografía marcador-marcador Estudios marcadores polimórficos asignados a colecciones de familias (CEPH). DNA (Microsatélites, RFLPs, RAPDs,...) Tema 8: Cartografía genética

49 Mapa genético de alta resolución del Cromosoma 1 Homo sapiens.
The Cooperative Human Linkage Center Tema 8: Cartografía genética